口罩设备出现的质量问题及其原因分析

成绵龙，何广添，曾爱平

（广东产品质量监督检验研究院，广东 佛山 528300）

0 引言

2020年初，新冠肺炎疫情突然爆发。根据相关权威研究，新型冠状病毒肺炎主要通过飞沫、直接接触等途径传播［1－3］，佩戴口罩是目前人民群众预防该病毒的主要途径之一，导致口罩供不应求，市场急需口罩生产设备。口罩设备是一个小众行业，目前国外已基本不生产口罩设备。中国原有的棉纱口罩主要用缝纫机人工完成，在21世纪初期才开始仿制无纺布口罩自动生产设备，主要以中国台湾技术为模板［4］。口罩外形的差异决定了口罩设备的多样性，市场上口罩设备种类繁多、功能各异，按口罩形状可分为平面口罩生产设备、折叠形口罩生产设备、鸭嘴型口罩生产设备、杯型口罩生产设备；按设备的加工特点可分为半自动口罩机和全自动口罩机。

为了解决口罩生产设备紧缺的问题，国内部分大型制造企业及部分民营装备制造企业均开始生产口罩设备，短时间内，各式各样的半自动口罩机和全自动口罩机数量剧增，但在设备的实际使用过程中，无论是全自动口罩设备还是半自动口罩设备的质量均良莠不齐［5］，运行稳定性有待提高，关于口罩设备的质量纠纷也频繁发生。本文就内耳带包边焊接机、全自动折叠式口罩机、全自动打片机这3种不同类型的设备出现的一些质量问题，结合设备的结构特点，通过试验分析问题出现的原因，并提供了解决方案，以提高相关产品的质量水平。

1 内耳带包边焊接机

1.1 设备简介

设备主要由送料机构、耳带输送机构、耳带焊接机构、包边带输送机构、包边机构、成品输出机构、电气控制系统等部分组成，用于对平面口罩进行耳带焊接、包边加工。加工工序如图1所示。

图1 口罩耳带焊接包边加工工序

1.2 设备出现的质量问题

运转过程中，在耳带焊接机构位置出现多次耳带焊接错位、未焊上或焊接机构将口罩带出料盘导致设备卡阻、口罩片常偏离出料槽、错位后两片口罩同时进入包边机构的情况。

1.3 原因分析

在自动模式下，设备各机构的动作需要通过参数设置，如图2所示，料盘速度、旋转速度、耳熔速度等都需要单独设置，当需要调整生产速度时，只能凭经验来调整各参数设置，当设置不匹配时，各机构运动不协调即会出现卡阻或报警，影响生产速度和故障率。

图2 运行参数设置页面

包边加工时，输送带上的料槽把待加工口罩移送至规定位置，因包边送料机构是固定在机身上的，包边机构与口罩相对位置的准确性就显得特别重要，若口罩没有被送至正确的位置（如偏斜、离开料槽），就会出现包边包偏、漏包边等现象。口罩的运动为间歇移动，速度越大，移动的加速度就越大，而口罩属于软体材质，重量轻，这就要求口罩移动时必须保持适当的固定，否则就可能会发生口罩偏斜、错位现象。从结构看，输送带料槽两侧上方虽然分别装设了同步皮带，但口罩在皮带下方处于“悬空”状态，如图3所示，皮带与口罩间不是紧接触，导致口罩不能在“压紧”状态下移动。试验发现，当生产速度较慢时，因间歇运动的加速度对口罩的冲击较小，口罩移动时发生偏斜的概率较低，被卡住导致的自动停机次数较少；当生产速度超过30片／min后，口罩间歇移动导致发生偏斜、错位的次数明显增加，每分钟至少出现1次自动停机。由此可见，设备包边工序中的口罩输送定位装置设计不合理，不能保证在生产速度超过30片／min的情况下顺畅生产［6－8］。

图3 包边工序的同步皮带下方处于悬空状态

1.4 解决方案

解决方案如下。

（1）针对参数不匹配的问题，建议在控制系统中将料盘速度、焊接时间、焊接上下、旋转动作速度匹配后进行固化，仅保留生产速度调节来控制生产快慢。

（2）针对口罩位置偏移的问题，建议在送料机构中增加压料装置，防止口罩在输送中偏移。

2 全自动折叠式口罩机

2.1 设备简介

设备主要由布料放卷机构、鼻梁条植入机构、超声波滚焊复合机构、耳带焊接机构、对折成型机构、超声波焊边机构、滚切机构、边料收卷机构、电气控制系统等部分组成，用于对折叠型口罩进行布料复合、鼻梁条植入、滚焊复合、耳带焊接、对折成型、焊边、滚切等全自动一次性成型加工。加工工序如图4所示。

图4 全自动折叠式口罩机加工工序

2.2 设备出现的质量问题

设备在运转过程中滚切位置出现偏移，运转20 min后，偏移量达到2.5 mm，如图5～6所示，且调整困难。

图5 设备开始加工时的滚切位置

图6 设备运转20 min后的滚切位置

2.3 原因分析

设备采用机械同步传动结构实现各传动辊组速度的一致性，即由一台伺服电机通过长传动轴、链轮、齿轮等传动方式驱动各输送辊组运动，这种结构（如图7所示）在原理上可以确保在连续工作时各辊组转动速度一致，使得物料能在辊组间平稳、匀速移动，实现正常稳定生产，但由于各传动部件（如齿轮、链轮、传动辊等）制造和装配精度的差异，将导致各辊组间实际运转速度存在差异，相同时间内物料在每个辊组间移动的距离也就不同，滚切位置也因此会产生偏移，因物料在辊组间打滑因素基本可忽略，时间越长，各辊组间物料移动距离差就越大，相应的滚切位置偏移量也就越大。

图7 设备的主传动机构

设备装设了滚切位置相位调整的机构，如图8所示，但该机构的位置放置在焊边机构之前，而焊边的位置是通过控制系统自动控制独立的伺服电机来调整的，当调整滚切位置时，焊边位置也会跟着调整，焊边伺服系统的定位也将需要重新调整，增加了设备在运转过程中调整滚切、焊边相对位置的难度［9－11］。

图8 调整滚切位置的机构

2.4 解决方案

解决方案如下。

（1）针对滚切位置出现偏移的问题，建议在输送系统中增加一组可自动调节的张紧轮组，以解决运行过程中布料张力变化引起的偏移问题。

（2）针对滚切位置难于调整的问题，建议将相位调整机构与焊接成型机构位置互换，互换后调整滚切位置时焊接位置不会同时改变。

3 全自动打片机

3.1 设备简介

设备主要由布料输送机构、鼻梁条输送机构、输送辊组、超声波焊接成型机构、滚切机构、边料收卷机构、电气控制系统等部分组成，用于对折叠型口罩进行布料复合、鼻梁条植入、成型、滚切加工。加工工序如图9所示。

图9 全自动打片机加工工序

3.2 设备出现的质量问题

设备在运转过程中滚切位置出现偏移，运转时间为1 min，偏移量达到2 mm，如图10～11所示。

图10 外观合格样品

图11 外观不合格样品

3.3 原因分析

设备共有5个辊组，如图12所示，布料、鼻梁条在经过5个辊组后最终成型为口罩片，每个辊组均由伺服电机驱动，如图13所示。采用多伺服电机的速度同步控制系统实现5个辊组速度和位置的同步，设备还可以通过控制面板的1＃、2＃、3＃、4＃、5＃对5个辊组的相位进行微调。3＃辊组为超声波焊接机构，用于将各层布料及鼻梁条焊接成一体；5＃辊组为滚切机构，用于将焊接后的布料按刀模的形状滚切成口罩片。运转过程中，滚切机构（5＃辊组）与焊接机构（3＃辊组）的相位位置开始不同步，导致滚刀未能在正确的滚切位置将口罩片滚切成型，也就是说，设备的多伺服电机的控制系统未配置速度同步控制功能，不能解决好5个辊组电机始终保持同步运动的问题，导致了滚切位置的偏移［12］。

图12 5个辊组

图13 辊组由伺服电机单独驱动

3.4 解决方案

针对滚切位置出现偏移的问题，建议在输送系统中增加一组可自动调节的张紧轮组，以解决运行过程中布料张力变化引起的偏移问题。同时在控制系统中增加焊接辊组和滚切辊组的速度同步控制。

4 结束语

本文针对内耳带包边焊接机、全自动折叠式口罩机、全自动打片机3种不同类型的设备出现的质量问题，结合设备的结构特点，通过试验分析问题出现的原因，提出了解决方案，得出以下结论：

（1）通过在控制系统中将料盘速度、焊接时间、焊接上下、旋转动作速度匹配后进行固化，在送料机构中增加压料装置，防止口罩在输送中偏移的方式，可解决内耳带包边焊接机在耳带焊接机构位置出现耳带焊接错位、未焊上、口罩片偏离出料槽等引起的设备卡阻问题；

（2）通过在输送系统中增加一组可自动调节的张紧轮组，将相位调整机构与焊接成型机构位置互换的方式，可解决全自动折叠式口罩机在运转过程中滚切位置出现偏移且调整困难的问题；

（3）通过在输送系统中增加一组可自动调节的张紧轮组，在控制系统中增加焊接辊组和滚切辊组的速度同步控制的方式，可解决全自动打片机在运转过程中滚切位置出现偏移的问题。